Устройства СВЧ и антенны. Техническая электродинамика и устройства СВЧ. Устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным работам, страница 4

.                                                                                                       (4)

Мощность электромагнитной энергии на плечах направленного ответвителя измеряется с помощью детекторной секции. Необходимо помнить, что свободные плечи должны обязательно нагружаться на согласованные нагрузки, в противном случае отраженная волна от свободного плеча попадает обратно в направленный ответвитель и влияет на его работу и характеристики.

Под КБВ в линии передачи понимают отношение минимальной амплитуды электрического поля  к максимальной :

;      .                                                                                                                                                                                                                                     (5)

Причем модуль коэффициента отражения  однозначно связан с коэффициентами бегущей (КБВ) и стоячей (КСВ) волны нижеследующими соотношениями:

.                                                                  (6)

КБВ определяют с помощью измерительной линии 5 (см. рис. 2), в которой устанавливается зависимости от согласования ее с нагрузкой определенное соотношение между  и .

Достаточно точные результаты измерения  и КБВ получаются, если исследуемое устройство хорошо согласовано со стороны всех его плеч. Формулы (5) и (6) являются приближенными, так как вольт-амперная характеристика детектора не является квадратичной.

2.2. Экспериментальное определение длины волны в линии передачи

Известно, что длина волны в волноводе  равна удвоенному расстоянию между двумя соседними минимумами электрического поля в режиме стоячей волны (рис. 9), т.е. ситуацию, когда коэффициент отражения от нагрузки =1 (или КБВ=0), можно использовать для экспериментального определения длины волны в волноводе  с помощью измерительной линии ИЛ.

Рис. 9

Для этого необходимо на выходе волновода 1 ИЛ создать режим короткого замыкания, подключив к его выходному фланцу металлическую заглушку, и перемещением зонда 3 вдоль координаты диодной камеры ДК с диодом 5 зафиксировать положения двух соседних минимумов электрического поля  в волноводе 1. Как видно из рис. 9 положение минимума электрического поля  определяется точнее, так как крутизна кривой его изменения в окрестностях  значительно выше, чем в окрестностях . Кроме того, для более точного определения координаты  рекомендуется использовать хорошо известный в технике измерений метод «вилки». В этом случае необходимо определить координаты положения зонда измерительной линии ИЛ  и , соответствующие равным значениям электрического поля  при симметричном расположении зонда по обе стороны относительно  стоячей волны. Если не удается зафиксировать два минимума в рабочей части щели 2 измерительной линии ИЛ, тогда отмечают положения соседних минимума и максимума стоячей волны. При этом учетверенная разность положений (координат) равна . Если определенное экспериментально значение  отличается от расчетного, то необходимо уменьшить глубину погружения зонда 3 в волновод 1 измерительной линии ИЛ и снова произвести настройку детекторной камеры ДК и измерения .

2.3. Определение эквивалентной проводимости (сопротивления) нагрузки

Знание полной проводимости нагрузки (какого-либо устройства) необходимо для определения параметров согласующего устройства, которое, как известно [4], используется для обеспечения в линии передачи режима бегущей волны. Для быстрого и достаточно точного для практики определения проводимости (сопротивления) нагрузки служит круговая диаграмма полных проводимостей (сопротивления) нагрузки служит круговая диаграмма полных проводимостей (сопротивлений), представленная на рис. 10.

Рис. 10

Проиллюстрируем методику пользования диаграммой на конкретном примере. Предположим, что экспериментально определены длина волны в волноводе =4 см, коэффициент бегущей волны КБВ=0,54 и расстояние от исследуемой нагрузки до ближайшего минимума электрического поля =0,4[см]. Как известно, нижняя точка N диаграммы соответствует минимуму электрического поля в волноводе. Именно эта точка N является отсчетной. Пользуясь вышеприведенными данными, найдем что =0,1. Теперь определяем по шкале внешней окружности диаграммы точку , соответствующую полученному соотношению =0,1, перемещаясь по дуге внешней окружности в сторону нагрузки (рис. 11).

Рис. 11

Через полученную точку  и центр диаграммы проводим радиус. Затем через точку, соответствующую на вертикальном диаметре (нижняя часть диаметра) окружности диаграммы значению замеренного экспериментально КБВ=0,54, проводим горизонтальную прямую до пересечения с этим радиусом (точка Б). Найденная точка Б является одновременно точкой пересечения окружности, являющейся геометрическим местом точек равных активных проводимостей с =0,73 и реактивных проводимостей с =+1,05.

Точку  можно определить также, если известен модуль коэффициента отражения , который аналитически связан с КБВ или КСВ зависимостями (6). Для этого необходимо провести окружность радиусом  до пересечения ее радиусом, проведенным из центра окружности в точку . Если известны волновое сопротивление или проводимость волновода:

;                                      (7)

где =377 Ом – волновое сопротивление свободного пространства, то легко найти абсолютное значение  и .

При определении эквивалентного сопротивления нагрузки по диаграмме за начало отсчета следует принять точку М, находящуюся в верхней части окружности. Расстояние  целесообразно определять следующим способом. Предварительно закоротив фланец волновода, к которому в последующем будет подключаться исследуемая нагрузка, металлической пластиной, с помощью измерительной линии определяют положение  ближайшего минимума электрического поля. Затем вместо металлической пластины подключают исследуемую нагрузку и определяют положение нового минимума , ближайшего к ранее найденному в (рис. 12).

Рис. 12

Тогда .